(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの活性層（１００）と、少なくとも２つの電極（１０２、１０４）とを備えるエレクトロクロミック層構造であって、
電極（１０２、１０４）の少なくとも１つが、導体トラックの導電性ネットワーク（１１０、２０２）を有し、導体トラックが、ナノ粒子（３００）を含み、
導電性プラスチック（３０２）との複合材料の形態のナノ粒子（３００）が、導体トラックを形成し、
導体トラックが、１０μｍ未満の幅を有し、
導体トラックが、１ｍｍよりも大きな導体トラック間距離を有する、エレクトロクロミック層構造。
【請求項２】
少なくとも１つの光学的に透明な保護ペイン（１０６）も備え、導体トラックのネットワーク（１１０、２０２）が、活性層（１００）と保護ペイン（１０６）の間に位置する、請求項１に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項３】
保護ペイン（１０６）が、ケイ酸塩ガラス、ゲルマニウム、ケイ素、サファイア、ポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル、可塑化ポリビニルブチラール、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、イオノマー、ポリメチルメタクリレート、それらのコポリマーおよび／または化合物を少なくとも含む、請求項２に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項４】
光学的に透明な保護層（２００）を備え、導体トラックのネットワーク（１１０、２０２）が、活性層（１００）と光学的に透明な保護層（２００）の間に位置する、請求項１から３の一項に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項５】
光学的に透明な保護層（２００）が、少なくとも１つの層の、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウムおよび／またはアルゴン、キセノン、窒素、空気、および／またはそれらの混合物を含むガス状層を有する、請求項４に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項６】
保護層（２００）がまた、１０００Ｐａから２００，０００Ｐａの圧力を備えた、アルゴン、キセノン、窒素、空気、および／またはそれらの混合物を含むガス状層容積を有する、請求項４または５に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項７】
少なくとも２つの活性層（１００）の間に導入された少なくとも１つの中間電極（１１３）を含み、中間電極（１１３）が、導体トラックの導電性ネットワーク（１１０、２０２）を有し、導体トラックが、ナノ粒子（３００）を含む、請求項１から６の一項に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項８】
ナノ粒子（３００）が、銀粒子および／または導電性カーボンを含む、請求項１から７の一項に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項９】
ナノ粒子（３００）が、１ｎｍから５００ｎｍの直径を有する、請求項１から８の一項に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項１０】
ナノ粒子（３００）が、５ｎｍから１００ｎｍの直径を有する、請求項９に記載のエレクトロクロミック層構造。
【請求項１１】
層構造が、制御ユニット（１１２）と電気接触する、請求項１から１０の一項に記載の層構造を備えたエレクトロクロミック装置。
【請求項１２】
層構造が、少なくとも１つの保護ペイン（１０６、１０８）上に配置され、保護ペイン（１０６、１０８）が、透明である、請求項１１に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項１３】
装置が、積層ガラスペインである、請求項１１または１２に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項１４】
装置が、二重絶縁または多重絶縁グレージングである、請求項１１から１３の一項に記載のエレクトロクロミック装置。
【請求項１５】
少なくとも１つの活性層（１００）および２つの電極（１０２、１０４）を有する、請求項１から１０の一項に記載のエレクトロクロミック層構造の製造のための方法であって、
ナノ粒子（３００）のネットワーク（１１０、２０２）が、層構造内に構築され、
ナノ粒子（３００）のネットワーク（１１０、２０２）が、導体トラックの導電性ネットワーク（１１０、２０２）を形成するために加熱される、方法。
【請求項１６】
ナノ粒子（３００）のネットワーク（１１０、２０２）が、スクリーン印刷、彫刻シリンダ印刷、インクジェット印刷、エアロゾル式ジェット印刷、フレキソ印刷、パルスジェット印刷、および／またはそれらの組合せなどの印刷方法によって付着される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ナノ粒子（３００）のネットワーク（１１０、２０２）が、ナノ粒子（３００）および水および／または有機溶媒および／または液体プラスチックを含む分散を用いて付着される、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
ナノ粒子（３００）のネットワーク（１１０、２０２）が、熱伝導ならびに赤外線、紫外線、マイクロ波放射、レーザ光、および／またはそれらの組合せなどの熱放射によって加熱される、請求項１５から１７の一項に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１から１０の一項に記載のエレクトロクロミック層構造または請求項１１から１４の一項に記載のエレクトロクロミック装置を備える建物または自動車の単一、複合、二重または多重グレージング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロクロミック層構造、エレクトロクロミック装置、エレクトロクロミック層構造の製造のための方法、ならびにエレクトロクロミック層構造およびエレクトロクロミック装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
窓は、建物における重要な構成要素である。過去において窓ガラスは、屋外をはっきり見渡すという目的だけの働きをしていたが、現在では、かなり高い要求が、グレージングに対してなされている。１つには、グレージングされた領域は、屋内空間の理想的な断熱のために働かなければならないが、また１つには、これらは、グレージングにより、太陽が差し込むとき、屋内空間が所望レベルまでしか熱くされないことも確実にしなければならない。グレージングされた領域からの光の入射の可能な制御は、たとえば可動式のブラインドによって調節され得る。別の可能性は、透明性および反射性などの光学的特性をボタンの接触時にまたは独立的に変化させるグレージングによって提供される。そのような切り替え可能なグレージングは、ファサードの正面またはその中に可動部分を必要とすることなく、グレージングされた領域に対するより大きな設計の柔軟性を建築家に提供する。
【０００３】
光学的特性をボタンの接触時または独立的に変化させるグレージングはまた、エレクトロクロミックグレージングも含む。エレクトロクロミックグレージングは、エレクトロクロミック層の光学特性が、電荷担体の吸収および放出によって変化するという原理で作動する。電流が流れるとき、電荷担体の交換が起こり、エレクトロクロミック層は、太陽光に対するその透過性を変化させる。
【０００４】
通常、エレクトロクロミックグレージングは、透明電極によって取り囲まれた活性層を含む。外部電圧の印加により、電荷担体は、活性層内に運ばれ、それによって可視光に対する活性層の透明性を変化させる。次いで反対の極性の電圧が印加される場合、電荷担体の移動は、元の透明度が復元されるように逆転される。活性層は、イオン伝導性の電解質およびエレクトロクロミック材料を含む。エレクトロクロミック材料は、その酸化状態を変更することによって電磁放射のためのその伝送特性を変化させる。電解質は、欧州特許第０８６７７５２号明細書および欧州特許第０８３１３６０号明細書で開示されたような無機材料からなることができる。しかしながら、電解質はまた、欧州特許第０２５３７１３号明細書および欧州特許第０３８２６２３号明細書で説明された有機材料からなることもできる。活性層は、固体または液体の状態で完全にまたは部分的に存在することができる。固体および液体の成分を備えた電解質が、たとえば国際公開第２００８／０８４１６８号で開示されている。活性層および電極が、ポリマー材料を含む場合、この組合せは、全ポリマーエレクトロクロミック系と称される。そのような系は、たとえば米国特許第６，７４７，７７９号明細書から知られている。
【０００５】
活性層の完全な透明性の変化が、数分程度必要とし得ることは、問題である。これは、簡単な建物のグレージングでは問題ないが、たとえば自動車、航空機、および鉄道車両における使用には受け入れられない。ここでは、エレクトロクロミックグレージングの透明性の即時の増大が、たとえばトンネル内に入る際に生じる、明るさから暗さの自動的な外部の変化時に起こることが保証されなければならない。同じことが、たとえば自動車内のエレクトロクロミックグレージングの最大の透明性が、ほんの一瞬で保証されることが必要とされる緊急事態にもあてはまる。
【０００６】
エレクトロクロミックグレージング内の活性層の比較的遅い色調遷移プロセスの理由の１つは、活性層の透明性における変化のための電流の可能な流れを限定する電極の低い導電性である。
【０００７】
この問題に対処するために、米国特許第６，７４７，７７９号明細書は、追加的に、電極の１つに導電性ネットワークを設けることを開示している。このネットワークは、金属ワイヤによってまたはペーストの使用によって製造される。ペーストは、銀粒子およびガスフリットを含有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許第０８６７７５２号明細書
【特許文献２】欧州特許第０８３１３６０号明細書
【特許文献３】欧州特許第０２５３７１３号明細書
【特許文献４】欧州特許第０３８２６２３号明細書
【特許文献５】国際公開第２００８／０８４１６８号
【特許文献６】米国特許第６，７４７，７７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
導体ペーストの使用は、ペーストの安定化のための方法が、高いプロセス温度を必要とするという欠点を有する。高い温度は、特に、ガラスフリットを溶融し、および／または銀粒子を焼結するために必要とされる。この方法により、高温に反応しやすい活性層が、攻撃される。他方、ペーストの安定化および硬化のための代替の低温方法は、非常に時間がかかるものである。
【００１０】
金属ワイヤによる導電性ネットワークの形成は、材料集約的なものであるが、その理由は、仕上げられた金属ワイヤを付着することは、ネットワークの必要とされる導電性に必要である以上の量の金属材料を必要とするためである。
【００１１】
金属ワイヤを用いる電気ネットワークの形成では、可能なネットワークの形状の選択が、減らされることも留意されなければならない。
【００１２】
本発明の目的は、改良されたエレクトロクロミック層構造、改良されたエレクトロクロミック装置、およびエレクトロクロミック層構造の製造のための改良された方法を提供することである。
【００１３】
加えて、本発明の目的は、改良されたエレクトロクロミック層構造および改良されたエレクトロクロミック装置の新規の使用を見出すことである。
【００１４】
本発明の目的は、独立請求項の特徴付けによって各々のケースで達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項で示される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも１つの活性層を備えたエレクトロクロミック層構造であって、層構造が、少なくとも２つの電極を有し、電極の少なくとも１つが、導体トラックの導電性ネットワークを有し、導体トラックが、ナノ粒子を含む、エレクトロクロミック層構造が、提供される。
【００１６】
これらのナノ粒子は、１ｎｍから５００ｎｍの直径を有することができる。しかしながら、ナノ粒子は、５ｎｍから１００ｎｍの直径を有し、特に好ましくは、ナノ粒子は、１０ｎｍから３０ｎｍの直径を有する。
【００１７】
ナノ粒子は、金属および／または炭素化合物を含む。好ましくは、ナノ粒子は、銀、銅、アルミニウム、カーボンブラック（導電性カーボンブラック）、および／またはカーボンナノチューブならびにそれらの混合物を含む。
【００１８】
導体トラックの形成のためのナノ粒子の使用は、この粒子サイズでは、導体トラックの安定化または焼結のための印刷プロセスに必要とされるプロセス温度が、低くなるという利点を有する。したがって、プロセス温度を７０℃程度に低くすることは、１００ｎｍを下回る範囲内の直径分布で可能である。この温度範囲では、活性層は温度に反応しにくく、これは、活性層が、最大の入射日光によるペインの積層体内の７０℃を上回る温度に耐えるように設計されているためである。
【００１９】
活性層および電極を、水分または機械的応力などの外部影響に対して保護するために、エレクトロクロミック層構造は、透明保護層および／または保護ペインを有する。
【００２０】
好ましくは、保護層は、窒化ケイ素、酸化物、たとえば酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズなど、および／またはそれらの混合物を含み、好ましい厚さは、５ｎｍから５００ｎｍである。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態によれば、層構造の保護ペインはまた、ゲルマニウム、ケイ素、ソーダ石灰ガラスなどのケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、またはポリマー、たとえばポリスチレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル、可塑化ポリビニルブチラール、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、イオノマー、および／またはポリメチルメタクリレートなど、それらのコポリマーおよび／または化合物を含むこともできる。保護ペインは、０．０１ｍｍから２５ｍｍの好ましい厚さを有する。保護ペインは、剛性ペインでもよく、または機械的に可撓性で、薄膜の性質を有することができる。保護ペインは、活性層および電極材料を外部の環境影響に対してカプセル化し、特に機械的影響に対して保護するという利点を有する。
【００２２】
活性層および／または電極の保護は、さらに、活性層と保護ペインの間に位置する、アルゴン、キセノン、窒素、空気、および／または混合物を含み、１０００Ｐａから２００，０００Ｐａの圧力を有する追加の保護層によってさらに改良され得る。ガス状保護層の特に良好に適合された構造は、多重ペイン絶縁グレージングで知られている。
【００２３】
好ましくは、ナノ粒子によって形成された導体トラックのネットワークは、活性層と保護層の間および／または活性層と保護ペインの間で展開される。
【００２４】
これは、さまざまな製造方法を使用することを可能にし、この場合好ましくは、導体トラックネットワークは、活性層上に直接付着され、導体トラックネットワークは、電極上に付着され、または導体トラックネットワークは、光学的に透明な導電性保護層上に付着される。これが、物理的状態および作業の流れに関連する状態にも柔軟に適合され得るエレクトロクロミック層構造の代替的な製造方法の幅広い分野を開く。したがって、導電性ネットワークを活性層上に直接付着した状態では、活性層内の電荷担体の交換は大きく増大され、それにより、そのような設計が、極めてすばやく切り替えされるエレクトロクロミック層構造に特に適切になることが予想される。また、活性層を作業の流れの中で電極と共に製造し、それが終わるまで導体トラックネットワークを付着しないことも考えられる。このケースでは、導体トラックネットワークを電極の１つ、または可視光の範囲内で光学的に透明である保護層上に引き続き付着するという柔軟な選択可能性が存在し、それにより、このケースでは、導体トラックのネットワークは、電極と保護層の間に位置する。
【００２５】
また、互いに上下に位置する少なくとも２つの活性層を備え、これらの間に位置する中間電極を備えたエレクトロクロミック層構造を設計することも可能である。この実施形態は、活性層が、互いに独立的に切り替えられ得るという利点を有する。
【００２６】
本発明の別の実施形態によれば、導電性ネットワークは、肉眼で見たときに光学的に透明である。「肉眼で見たときに光学的に透明」とは、導体トラックの導電性ネットワークは、それ自体肉眼では不透明になり得るが、それらの共有領域は全領域と比較的して小さいため、肉眼で見たとき、光学的に透明のように見えるという意味である。光学的透明性は、技術的に使用可能な電磁放射スペクトル、好ましくは紫外線、可視、および赤外線の放射スペクトルを含む。したがって、エレクトロクロミック層構造は、飛行機、自動車、および列車などの輸送手段を作動させている間の恒久的な可視性のために、暗くなり得ることを制限しないにも関わらず最良の可視性を必要とするグレージングにおいても使用され得る。
【００２７】
本発明の１つの実施形態によれば、導体トラックは、１μｍと１０ｍｍの間の幅を有し、導体トラックは、１μｍから５０ｍｍの導体トラック間距離を有する。しかしながら、好ましくは、導体トラックは、それらの幅および間隔に関して、導体トラックの形成のための最小限の生じ得る材料費用で、電荷担体の輸送のための適切な高い導電性および適切な高い光学的透明性が保証され得るように寸法設定される。
【００２８】
本発明の１つの実施形態によれば、導電性ネットワークは、異なる層厚さを備えた導体トラックを有する。したがって、ネットワークの導体トラックは、異なる導電性を有する。この実施形態の利点は、特に、異なる導電性により、活性層の異なる領域が異なって作動され得ることにある。
【００２９】
本発明の別の実施形態によれば、ナノ粒子は、カーボンナノ粒子であり、このときカーボンナノ粒子は、カーボンナノチューブおよび／またはカーボンブラックである。カーボンブラックは、１０ｎｍから１００ｎｍの間の一般的なサイズ範囲を備えた小さい粒子からなる。カーボンブラックの使用では、特に良好な導電性を有するいわゆる導電性カーボンブラックが、導体トラック用のナノ粒子として使用され得る。
【００３０】
カーボンナノチューブの使用は、これらが、直径対長さのその高いアスペクト比により、高い導電性を有するという利点を有する。したがって、極めて少量のカーボンナノチューブであっても、それらから形成された導体トラックの高い導電性を保証するのに十分である。
【００３１】
あるいは、プラスチックまたはケイ酸塩ガラスとの複合材料の形態のナノ粒子が、導体トラックを形成することも可能である。そのようなプラスチックは、ポリアクリレート、エポキシド、および／またはポリアニリンならびにそれらのコポリマーおよび／または化合物になり得る。導体トラックの担体としてプラスチックを追加的に使用することにより、１つには、これらの機械的安定性が、増大される。また１つには、ポリアニリンなどの導電性プラスチックを使用することにより、ナノ粒子によって形成された導体トラックの導電性が、さらに増大される。３つ目としては、ナノ粒子を活性層に対してカプセル化する導体トラックにプラスチックを使用することは、たとえば、活性層とナノ粒子の間の直接的な空間接触を防止する働きをする。したがって、ナノ粒子のカプセル化無しにナノ粒子との化学的または電気化学的反応を始めるイオン伝導性材料もまた、活性層として使用され得る。したがって、活性層に使用されるイオン伝導性材料の選択に関する柔軟性が、増大される。
【００３２】
別の態様によれば、本発明は、制御ユニットと電気接触する本発明による層構造を備えたエレクトロクロミック装置に関する。
【００３３】
好ましい実施形態では、エレクトロクロミック装置は、少なくとも２つの保護ペインを含む。そのようなエレクトロクロミック装置は、エレクトロクロミックグレージングになり得る。
【００３４】
本発明の別の実施形態によれば、エレクトロクロミック層構造の少なくとも１つの保護層は、外部保護ペインによって形成され、または外部保護ペインは、エレクトロクロミック層構造の保護層によって形成される。エレクトロクロミック装置を窓用グレージングとして使用することにおいて光学的に透明な保護層材料を適切に選択することにより、追加のガラスペインを省くことが可能である。１つには、可視光の範囲内で光学的に透明であり、また１つには、高い機械的硬度を有するが、従来の窓用グレージングの重量を有さないプラスチック材料が、使用され得る。これは、商業上慣習的なグレージングの場合よりもかなり小さい重量を有するエレクトロクロミックグレージングの製造の可能性を生み出す。
【００３５】
保護ペインは、複数の層から作製された複合ペインとしてエレクトロクロミック装置内で構築されることが可能であり、好ましくは、結合剤としてポリマー層を含むことができる。特に好ましくは、追加の保護ペインを積層ガラスとして備えた層構造が、エレクトロクロミック装置を形成することができる。
【００３６】
このエレクトロクロミック装置は、窓ガラス、好ましくは積層ガラスペインでもよく、この場合、表面は、ケイ酸塩ガラスおよび／またはポリマーから形成される。
【００３７】
エレクトロクロミック装置の１つの態様では、これは、二重絶縁または多重絶縁グレージングであり、この場合エレクトロクロミック層構造は、絶縁グレージングの内部および／または外部の窓ペイン上に位置する。層構造のガス状保護容積は、特に二重絶縁または複合絶縁グレージング内のエレクトロクロミック層構造をエレクトロクロミック装置として使用することで特に有利であるが、その理由は、絶縁ガラス構造が、保護容積をもたらすためである。この実施形態では、保護容積はまた、グレージングを通る熱の通過を低減し、断熱効果を与える。
【００３８】
別の態様では、本発明は、少なくとも１つの活性層を備えたエレクトロクロミック層構造の製造のための方法に関し、この場合、層構造は、２つの電極を有し、方法は、ナノ粒子のネットワークを電極の少なくとも１つ上に付着するステップと、導体トラックの導電性ネットワークを形成するためにナノ粒子のネットワークを加熱するステップとを含む。
【００３９】
本発明の１つの実施形態によれば、ナノ粒子のネットワークの付着は、好ましくは、スクリーン印刷、彫刻シリンダ印刷、特に好ましくはインクジェット印刷、エアロゾル式ジェット印刷、パルスジェット印刷、および／またはフレキソ印刷などのローラ回転印刷法などの印刷方法によって起こる。
【００４０】
本発明による方法により、あらゆる形状が、領域上に印刷され得る。非接触印刷もまた、本発明による方法で可能である。また、活性層と電極の間に導電性ネットワークを印刷することも可能である。好ましい形状は、たとえば平行または非平行に配置された直線および曲線、交差接続を備えた直線または曲線、定形または非定形のネット様構造、定形または非定形のくぼみを備えた連続的領域、ならびに非連続性の矩形または楕円体である。
【００４１】
適切な液体の選択は、ネットワークの安定化のためのプロセス温度、液体中のナノ粒子の凝集挙動、ならびに特に液体プラスチックを液体として選択した場合、ナノ粒子の保護伝導性カプセル化としての硬化プラスチックのその後の使用などのさまざまな基準によって決まる。
【００４２】
本発明の別の実施形態によれば、ナノ粒子のネットワークの付着は、分散を施すことによって行われ、この場合、分散は、ナノ粒子および液体を含み、液体は、水および／または有機溶媒および／または液体プラスチックである。
【００４３】
本発明による装置のサイズは、広範囲に多様であることができ、本発明による使用の文脈で使用するためにそれぞれの目的によって決定される。したがって、本発明による装置は、数センチメートルから数メートルの程度の寸法を有することができる。特に、平坦である、あるいは１つまたは複数の空間方向にわずかにまたは大きく曲げられるまたは湾曲される装置は、１００ｃｍ２から２５ｍ２の程度、好ましくは＞１ｍ２、またはガラス産業の「規格」である、ＰＬＦ（大平面ガラス（Ｐｌａｔｅａｕ  Ｌａｒｇｅｕｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ＝ジャンボサイズ）（３．２１ｍ×６．０ｍ＝１９．２６ｍ２）の面積を有することができる。本発明による装置はまた、自動車用のヘッドライトのカバー、フロントガラス、サイドウインドウ、後部ウインドウ、およびガラスルーフまたは特に建築分野で使用されるような大面積ガラスにおいて従来有するような面積を有することもできる。
【００４４】
本発明の別の実施形態によれば、ナノ粒子のネットワークを安定化し、または焼結して導体トラックにすることは、炉内の熱伝導および電磁放射によって達成されるが、好ましくは赤外線放射および紫外線放射によって、特に好ましくはレーザ照射および／またはマイクロ波照射によって達成される。レーザ照射の使用は、集束レーザ光線の標的を、レーザ光線がその上でナノ粒子を打ちつける所望の空間的ネットワーク構造上だけのナノ粒子の所望のネットワーク構造に絞ることにより、ネットワークの安定化のプロセス、したがって場合によっては、ナノ粒子と電極および／または活性層の結合もまた起こるという利点を有する。レーザ光線が進行する所望のネットワーク構造の外側に位置するナノ粒子は、加熱プロセスには含まれず、それにより、硬化および直接処理もここでは生じない。したがってその後の洗浄プロセスが、ネットワークを画定するレーザ光線によって打ちつけられなかったナノ粒子を取り除くことを可能にする。こうして、簡単な方法で、ナノ粒子の良好に確立された導電性ネットワークが創出され得る。
【００４５】
加えて、本発明の実施形態は、図を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】エレクトロクロミック層構造の概略図である。
【図２】保護層を備えた別のエレクトロクロミック層構造の概略図である。
【図３】エレクトロクロミック活性層上のナノ粒子のネットワークの概略図ならびに導体トラックネットワークの顕微鏡拡大図である。
【図４】エレクトロクロミック層構造の製造のための方法の流れ図である。
【図５】エレクトロクロミック層構造の製造のための方法の流れ図である。
【図６】２つの活性層を備えた別のエレクトロクロミック層構造の概略図である。
【図７】ガス状保護層を備えたエレクトロクロミック層構造の概略図である。
【図８】積層ガラス内のエレクトロクロミック層構造の概略図である。
【図９】活性層内に液体の電解質を有するエレクトロクロミック層構造の別の例示的な実施形態の概略図である。
【図１０】多層電極を備えたエレクトロクロミック層構造の例示的な実施形態の別の例示的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下では、互いに類似の要素は、同じ参照記号で標識される。
【００４８】
図１は、エレクトロクロミック層構造の例示的な実施形態の概略図を示している。エレクトロクロミック層構造は、２つの電極１０２と１０４の間に埋め込まれた電気化学的に活性な層１００を含む。加えて、これらの電極１０２および１０４は、それぞれのケースにおいて、活性層から外方を向く側で透明保護ペイン１０６および１０８によって覆われている。図１のエレクトロクロミック層構造は、無機固体の電解質を有するエレクトロクロミック構造になり得、透明保護ペイン１０６および１０８は、ホウケイ酸ガラスになり得る。
【００４９】
エレクトロクロミック制御ユニット１１２は、電極１０２と１０４の間に電圧を印加した結果、入射光に対する活性層の透明性制御装置として働く。電極１０４はアノードであり、電極１０２はカソードである。アノード１０４に対して正電圧を、カソード１０２に対して負電圧を印加した結果、イオン伝導性ポリマーを含む活性層１００を通るイオン輸送が起こる。カソード１０２は、酸化タングステンを含む。アノード１０４は、水素イオンを含む。アノードとカソードの間に電圧を印加した結果、水素イオンは、イオン伝導性ポリマーを通ってカソード１０２内に移動し、そこで酸化タングステンと共に、入射光を吸収または反射する色中心を形成する。次いで反対の極性の電圧が印加されたとき、この効果は、カソード１０２の脱色が生じるように逆転される。
【００５０】
イオン移動は、多くは、活性層１００の選択および厚さによって、一方ではカソード１０２の材料選択および厚さによっても決まる。ここでは、カソード１０２を非常に薄く寸法設定する場合、その光学的透明性は高いが、導電性は低いため、エレクトロクロミックの着色または脱色処理が、低電荷輸送のためにかなりの時間をとるという問題が生じる。対称的に、カソード層１０２の導電性が、その厚さを増大させることによって増大される場合、エレクトロクロミックの透明性変化プロセスは加速され得るが、最大透明性が低減されること、厚さが増大されること、それと共に層１０２の光に対する透過性が犠牲となる。
【００５１】
この問題に対処するために、図１の導体トラックのネットワーク１１０が、保護ペイン１０６と電極１０２の間に導入される。導体トラックのこのネットワークは、ナノ粒子（３００）によって形成され、このとき導体トラックのネットワークは、１つには、電極１０２の層厚さが低く保たれ、また１つには、それにも関わらず、エレクトロクロミック層構造の追加の導体トラックにより、導電性が適正であるという結果を有する。
【００５２】
導体トラック１１０は、好ましくは、肉眼で見たとき、導体トラックによって形成されたネットワークが、光学的に透明であるように配置される。これは、導体トラックの極めて薄い寸法設定によって実現され得、このとき幅は１０ｐｍ未満であり、導体トラック間距離は大きく、好ましくは１ｍｍを超えるものである。
【００５３】
図１に認識されるように、ナノ粒子（３００）によって形成された導体トラックの導電性ネットワークは、透明保護ペイン１０６と電極１０２の間にしている。
【００５４】
これに対する代替の実施形態が、図２に示される。ここでは、導電性ネットワーク２０２は、活性層１００と電極１０２の間に位置する。加えて、図２は、活性層１００と保護ペイン１０８の間に位置する保護ペイン１０６を示している。保護ペイン１０６は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を含むプラスチック層である。保護ペイン１０８は、ホウケイ酸ガラスである。そのようなＰＶＢフィルムは、通常、約１５０℃の温度で電極１０２上に溶融され、それにより、冷却後、カソード１０２とＰＶＢフィルム１０６（ＰＶＢ保護ペイン１０６）の間に恒久結合が存在し、これは、電極１０２および活性層１００を外部の環境的影響に対して保護する。
【００５５】
図３は、活性層１０２上の導体トラック１１０の導電性ネットワークを示している。図３の例では、こうして形成されたネットワークは、導体トラックの定形の矩形構成を形成し、この構成は、個々の導体トラック間の距離が大きいため、肉眼で見たとときにそれを通した良好な可視性を保証する。
【００５６】
導体トラック１１０の導電性ネットワークの拡大図では、図３に示されたナノ粒子３００が、見えるようになっている。ナノ粒子３００は、それらが導電性導体トラックを形成するように互いに対して配置される。
【００５７】
図３の拡大図では、ナノ粒子３００が埋め込まれたポリマー３０２が、見られ得る。ポリマー３０２は、導電性であり、特有の充填レベルまでナノ粒子３００が充填されている。特有の充填レベルを超えると、こうして形成された導体トラックの導電性は、急激に増大する。特有の充填レベルを下回ると、導電性は低くなりすぎる。特有の充填レベルをかなり超えると、導電性は、ナノ粒子３００をさらに追加してもわずかしか増大しない。ナノ粒子３００および充填材料３０２からなる複合材料の適正な選択により、高い導電性、高い機械的安定性、および高い化学的不活性も有する最適な複合材料が、選択され得る。
【００５８】
図４は、エレクトロクロミック層構造の製造のための方法を示している。方法は、電極、好ましくはカソードを準備することによってステップ４００で開始する。ステップ４０２では、ナノ粒子３００を含むネットワークが、カソード上に付着される。ステップ４０４において、このネットワークは、焼結プロセスによって、導体トラックの機械的に安定な導電性のネットワークを得るために加熱される。電気化学的に活性な層の付着を伴うステップ４０６が続き、ここでは、この活性層は、ネットワーク上または電極上のいずれかに付着され得る。最終的には、方法は、別の電極を、ステップ４００で準備された電極の反対側にある活性層の側に付着された活性層上に付着することによるステップ４０８で終了する。
【００５９】
ネットワークの付着のための方法は、ネットワークを２つの別個のネットワークの形態でカソードおよびアノード上の両方に付着することに適していることに留意すべきである。
【００６０】
エレクトロクロミック層構造の製造のための方法の代替的な実施形態が、図５のフロー図で示されている。ここでは、ステップ５００において、保護ペイン、たとえばＰＶＢ層が、ケイ酸塩ガラスのペイン上に準備される。ＰＶＢ層を使用する代わりに、ガラスペイン、プラスチックペインなどを使用することも可能であり、これらは、エレクトロクロミック層構造をエレクトロクロミックグレージングとして使用する場合、エレクトロクロミックグレージングの外部環境に対する分離ペインとして直接的に働く。
【００６１】
保護ペインがステップ５００において準備された後、ネットワークが、ステップ５０２において保護ペイン上に付着される。ネットワークは、ステップ５０４においてここでも加熱され、その結果、硬化、焼結、または全体的な安定化をもたらす。その後、ステップ５０６において、こうして形成されたネットワーク上に電極が付着されるとすぐに、ステップ５０８において、活性層が電極上に付着される。そして最終的には、ステップ５１０において、追加の電極が、活性層上に付着される。
【００６２】
図５に示されるステップの代替策として、ステップ５００および５０６から５１０のステップによる方法を開始することも可能であり、この場合、電極は、ネットワークがステップ５０２および５０４によって付着された活性層上で得られる。図５は、保護層が、ネットワークを備えた電極上にどのように付着されるかは示していない。これは、エレクトロミックグレージングの形態でそのように製造されたエレクトロミック層構造を使用することによって必要となる。この場合、付着された保護層は、好ましくは追加の酸化層、保護ガラス層、ガラスペインおよび／またはプラスチックペインである。
【００６３】
図６は、エレクトロクロミック層構造の別の実施形態の概略図を示している。エレクトロクロミック層構造は、２つの電気化学的に活性な層１００を含み、この場合層は、外部電極１０２または１０４と中間電極１１３の間に埋め込まれる。外部電極１０２と１０４は、各々のケースにおいて、活性層から外方を向く側で透明保護ペイン１０６および１０８で覆われている。たとえば、図６のエレクトロクロミック層構造は、図１による２つのエレクトロクロミック層構造になり得、この場合、透明保護ペイン１０６および１０８は、ホウケイ酸ガラスである。
【００６４】
電極１０２および１０４ならびに中間電極は、導電性ネットワーク１１０を有する。導電性ネットワーク１１０の効果は、図１の例示的な実施形態の所見に相当する。
【００６５】
図６では、エレクトロクロミック制御ユニット１１２もまた示され、このユニットは、電極１０２と１１３の間ならびに１０４と１１３の間に電圧を印加することによって入射光に対する活性層１００の透明性制御装置として働く。外部電極１０２および１０４ならびに中間電極１１３を介して、２つの活性層１００は、独立的に切り替えられる。電極１０２および１０４は、アノードであり、中間電極１１３は、カソードである。たとえば、アノード１０４および１０２に対して正電圧を、カソード１１３に対して負電圧を印加することにより、たとえばイオン伝導性ポリマーを含む活性層１００内へのイオン輸送が起こる。カソード１１３は、酸化タングステンを含み、一方でアノード１０２および１０４は、水素イオンを含む。アノードとカソードの間に電圧を印加した結果、水素イオンは、イオン伝導性ポリマーを通ってカソード１１３内に移動し、そこで酸化タングステンと共に、入射光を吸収または反射する色中心を形成する。その後、反対の極性の電圧がかけられたとき、この効果は、カソード１１３の脱色が生じるように逆転される。
【００６６】
別の実施形態が、図７に示されている。ここでは、導電性ネットワーク１００は、電極１０２と第１の保護層２００の間に位置している。保護層２００は、ＳｉＯ２層である。図７は、第１の保護層の上方に、第１の保護層２００、ソーダ石灰ガラス製の保護ペイン１０６、スペーサ２１０との間に位置するさらなる保護層２００としてアルゴンを含むガス状層容積を示している。スペーサ２１０は、フレームの形状で設計され、気密性のものである。この構造は、多重ペインの絶縁グレージング上にモールド成形される。活性層１００は、有機または無機の固体電解質を含む。導電性ネットワークの効果は、図１の例示的な実施形態の所見に相当する。
【００６７】
これに対する代替的な実施形態が、図８に示されている。ここでは、導電性ネットワーク１１０は、電極１０２とＳｉＯ２を含有する保護層２００との間に位置する。さらに、図８は、保護層２００と追加の内側保護ペイン１０６の間に位置する接着層として第１の保護ペイン１０６を示している。外部の保護ペイン１０６および１０８は、ホウケイ酸ガラスのペインである。内側保護ペイン１０６は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）製の接着フィルムである。そのようなＰＶＢ層は、通常１５０℃の温度で保護層２００上に溶融され、それにより、冷却後、保護層２００とＰＶＢ層１０６の間に恒久結合が存在し、これは、活性層１００、電極１０２、および／または導電性ネットワーク１１０を外部の環境的影響に対して保護する。活性層１００は、有機または無機の固体電解質を含む。
【００６８】
本発明による層構造の代替的な実施形態が、図９に示されている。層構造は、２つの電極１０２および１０４と外部保護ペイン１０６および１０８との間に導電性ネットワーク１１０を含む。外部保護ペイン１０６および１０８は、ソーダ石灰ガラスのペインである。活性層１００は、好ましくは、有機の液体電解質を含む。活性層の容積は、フレーム様のスペーサ２１０によって外部保護ペイン１０６と１０８の間に画定される。活性層１００ならびに導電性ネットワーク１１０を備えた電極１０２および１０４は、この実施形態では、環境的影響に対して保護される。導電性ネットワークの効果は、図１の例示的な実施形態の所見に相当する。
【００６９】
別の代替的な実施形態が、図１０に示されている。層構造は、２つの電極１０２および１０４と外部保護ペイン１０６および１０８の間に導電性ネットワーク１１０を含む。外部保護ペイン１０６および１０８は、ソーダ石灰ガラスのペインである。電極層１０２は、特に、酸化タングステンの追加の層１０１で覆われる。活性層１００は、部分的に液体および部分的に固体で設計された有機の電解質を含む。活性層１００ならびに導電性ネットワークを備えた電極１０２および１０４は、この実施形態では、環境的影響に対して保護される。導電性ネットワークの効果は、図１の例示的な実施形態の所見に相当する。
【符号の説明】
【００７０】
１００  活性層
１０１  エレクトロクロミック材料を備えた層
１０２、１０４  電極
１０６、１０８  透明保護ペイン
１１０  ネットワーク
１１２  エレクトロクロミック制御ユニット
１１３  中間電極
２００  透明保護層
２０２  ネットワーク
２１０  スペーサ
３００  ナノ粒子
３０２  充填材料
４００  電極を準備する
４０２、５０２  ネットワークを付着する
４０４、５０４  ネットワークを加熱する
４０６、５０８  活性層を付着する
４０８、５１０  追加の電極を付着する
５００  保護層を準備する
５０６  電極を付着する
【図１】
0005514905.tif 000002
【図２】
0005514905.tif 000003
【図３】
0005514905.tif 000004
【図４】
0005514905.tif 000005
【図５】
0005514905.tif 000006
【図６】
0005514905.tif 000007
【図７】
0005514905.tif 000008
【図８】
0005514905.tif 000009
【図９】
0005514905.tif 000010
【図１０】
0005514905.tif 000011